- •Федеральное агентство по образованию
- •Глава 3. Растровая графика. Базовые растровые алгоритмы 37
- •Глава 4. Векторная графика 77
- •Глава 5. Фрактальная графика 90
- •Глава 6. Цветовые модели компьютерной графики 95
- •Глава 7. Методы и алгоритмы построения сложных трехмерных объектов 128
- •Глава 8. Реалистическое представление сцен 146
- •Глава 9. Архитектуры графических систем 172
- •Глава 10. Стандартизация в компьютерной графике 180
- •Глава 11. Форматы графических файлов 196
- •Глава 12. Технические средства кг (оборудование кг) 214
- •Глава 1. Основные понятия
- •1.1 Разновидности компьютерной графики
- •Полиграфия
- •Мультимедиа
- •Сапр и деловая графика
- •Геоинформационные системы (гис)
- •1.2. Принципы организации графических программ
- •Растровые программы
- •Векторные программы
- •Фрактальные программы
- •Глава 2. Координаты и преобразования
- •2.1 Координатный метод
- •2.1.1. Преобразование координат
- •Простейшие двумерные преобразования
- •Однородные координаты и матричное представление двумерных преобразований
- •Композиция двумерных преобразований
- •Матричное представление трехмерных преобразований
- •Композиция трехмерных преобразований
- •Преобразование объектов
- •Преобразование как изменение систем координат
- •2.1.2 Аффинные преобразования на плоскости
- •2.2 Проекции
- •2.2.1 Мировые и экранные координаты
- •2.2.2 Основные типы проекций
- •При повороте на угол β относительно оси у (ординат), на угол α вокруг оси х (абсцисс) и последующем проектировании осиZ (аппликат) возникает матрица
- •Глава 3. Растровая графика. Базовые растровые алгоритмы
- •3.1 Растровые изображения и их основные характеристики
- •3.2 Вывод изображений на растровые устройства
- •3.3 Методы улучшения растровых изображений
- •3.21. Диагональное расположение ячеек 5x5
- •3.22. Диагональные структуры: а - сдвиг строк ячеек, б - ячейки другого типа
- •3.24. Набор чм-ячеек 5x5
- •3.4. Базовые растровые алгоритмы Алгоритмы вывода прямой линии
- •Инкрементные алгоритмы
- •Кривая Безье
- •Алгоритмы вывода фигур
- •Алгоритмы закрашивания
- •Стиль заполнения
- •3.5 Инструменты растровых графических пакетов
- •Инструменты выделения. Каналы и маски
- •Выделение
- •Инструменты выделения и маскирования
- •Гистограммы
- •Тоновая коррекция изображения
- •Уровни (Levels)
- •Цветовая коррекция и цветовой баланс
- •Фильтры (Plug-ins) и спецэффекты (Effects)
- •3.6 Преимущества и недостатки растровой графики
- •Глава 4. Векторная графика
- •4.1 Средства создания векторных изображений
- •4.2 Сравнение механизмов формирования изображений в растровой и векторной графике
- •4.3 Структура векторной иллюстрации
- •4.4 Математические основы векторной графики
- •4.5. Элементы (объекты) векторной графики
- •4.6. Достоинства и недостатки векторной графики
- •Глава 5. Фрактальная графика
- •5.1 Математика фракталов. Алгоритмы фрактального сжатия изображений
- •5.2 Обзор основных фрактальных программ
- •Глава 6. Цветовые модели компьютерной графики
- •6.1 Элементы цвета
- •6.1.1 Свет и цвет
- •6.1.2 Физическая природа света и цвета
- •6.1.3 Излученный и отраженный свет
- •6.1.4 Яркостная и цветовая информация
- •6.1.5 Цвет и окраска
- •6.2 Характеристики источника света
- •Стандартные источники
- •6.2.2 Особенности восприятия цвета человеком
- •Колбочки и палочки
- •Спектральная чувствительность глаза к яркости
- •Спектральная чувствительность наблюдателя
- •6.3 Цветовой и динамический диапазоны
- •6.4 Типы цветовых моделей
- •6.4.1 Аддитивные цветовые модели
- •Почему rgb-модель нравится компьютеру?
- •Ограничения rgb-модели
- •SRgb — стандартизированный вариант rgb-цветового пространства
- •6.4.2 Субтрактивные цветовые модели
- •Цветовая модель cmy
- •Ограничения модели cmyk
- •Возможности расширения цветового охвата cmyk
- •6.4.3 Перцепционные цветовые модели
- •Достоинства и ограничения hsb-модели
- •6.4.4 Системы соответствия цветов и палитры
- •Системы соответствия цветов
- •Назначение эталона
- •Кодирование цвета. Палитра
- •Глава 7. Методы и алгоритмы построения сложных трехмерных объектов
- •7.1 Модели описания поверхностей
- •7.1.1. Аналитическая модель
- •7.1.2 Векторная полигональная модель
- •7.1.3 Воксельная модель
- •7.1.4 Равномерная сетка
- •7.1.5 Неравномерная сетка. Изолинии
- •7.2. Визуализация трехмерных объектов
- •7.2.1 Каркасная визуализация
- •7.2.2 Показ с удалением невидимых точек
- •Глава 8. Реалистическое представление сцен
- •8.1 Закрашивание поверхностей
- •8.1.1 Модели отражения света
- •8.1.2 Вычисление нормалей и углов отражения
- •8.2 Метод Гуро
- •8.3 Метод Фонга
- •8.4. Имитация микрорельефа
- •8.5 Трассировка лучей
- •8.6 Анимация
- •Глава 9. Архитектуры графических систем
- •9.1 Суперстанции
- •9.2 Компоненты растровых дисплейных систем
- •9.3 Подходы к проектированию графических систем
- •9.4 Графические системы на базе сопроцессора i82786
- •9.5 Графические системы из набора сверх больших интегральных схем (сбис)
- •9.6 Растровый графический процессор dp-8500
- •9.7 Графические системы на универсальном процессоре
- •9.8 Высокоскоростные графические системы
- •9.9 Рабочие (супер)станции с использованием универсального вычислителя
- •Глава 10. Стандартизация в компьютерной графике
- •10.2 Международная деятельность по стандартизации в машинной графике
- •Деятельность iso, iec по стандартизации в машинной графике
- •10.3 Классификация стандартов
- •10.4 Графические протоколы
- •10.4.1 Аппаратно-зависимые графические протоколы
- •Протокол tektronix
- •Протокол regis
- •Протокол hp-gl
- •10.4.2 Языки описания страниц
- •Язык PostScript
- •Язык pcl
- •10.4.3 Аппаратно-независимые графические протоколы
- •10.4.4 Проблемно-ориентированные протоколы
- •Глава 11. Форматы графических файлов
- •11.1 Векторные форматы
- •11.2 Растровые форматы
- •11.3 Методы сжатия графических данных
- •11.4 Преобразование файлов из одного формата в другой
- •Преобразование файлов из растрового формата в векторный
- •Преобразование файлов одного векторного формата в другой
- •Глава 12. Технические средства кг (оборудование кг)
- •12.1 Видеоадаптеры
- •12.2 Манипуляторы
- •Дигитайзер
- •12.3 Оборудование мультимедиа
- •12.4 Мониторы
- •Характеристики мониторов
- •Аналоговые мониторы
- •Жидкокристаллические дисплеи
- •Газоплазменные мониторы
- •Видеокарта
- •Функции графического ускорителя
- •Выбор видеокарты под монитор
- •12.5 Видеобластеры
- •12.6 Периферия
- •12.6.1 Принтеры
- •12.6.2 Имиджсеттеры
- •12.6.3 Плоттеры
- •12.7 Модемы
- •12.8 Звуковые карты
- •12.9 Сканеры
- •Планшетные сканеры
- •12.10 Секреты графических планшетов (дигитайзеров)
- •Достоинства и недостатки графических планшетов
- •12.11 Цифровые фотоаппараты и фотокамеры
- •Литература
Цветовая коррекция и цветовой баланс
В современных настольных издательских системах для получения качественных изображений (таких, как рекламные объявления и обложки журналов) используется технологическая цепочка, включающая сканирование изображения с последующей его цветокоррекцией. Для выполнения операции цветокоррекции может быть использовано программное обеспечение, поставляемое в комплекте со сканером, или растровые графические редакторы.
Цветокоррекция — изменение цветовых параметров пикселов (яркости, контрастности, цветового тона, насыщенности) с целью достижения оптимальных результатов.
К наиболее распространенным средствам, используемым для повышения качества цветных изображений, можно отнести следующие команды:
Цветовой баланс — соотношение цветов в изображении. Регулировка цветового баланса позволяет усилить или ослабить один цвет за счет другого дополнительного (комплементарного ему).
Для того чтобы понять сущность цветового баланса, вернемся к понятию цветового круга. Если вы забыли порядок следования цветов, обратитесь к рис. 3.55.
На цветовом круге каждый цвет имеет противоположный (комплементарный) ему цвет. Перемещаясь по прямой, соединяющей точку с заданным цветом и центр круга, вы попадете в точку с комплиментарным ему цветом. Красный цвет комплементарен голубому, зеленый — пурпурному, желтый— синему. В основе коррекции цвета с помощью команды Баланс цветов (Со1огbalance) лежит уменьшение величины избыточной цветовой составляющей за счет усиления ее комплементарного цвета. Увеличение красного цвета приводит к уменьшению голубого, и, наоборот, снижение красного увеличивает содержание в изображении голубого цвета.
Рис. 3.55. Цветовой круг трудно изобразить с помощью опенков серого. Призовите на помощь ваше воображение
Фильтры (Plug-ins) и спецэффекты (Effects)
Большинство фильтров (filtersилиplug-ins) предназначено для создания специальных эффектов, например имитации мозаики или живописного стиля Ван-Гога. С помощью трехмерных спецэффектов двухмерные графические программы способны трансформировать плоское двухмерное изображение в объемное. Группа художественных эффектов позволяет за считанные минуты превратить обычную фотографию в произведение живописи. При этом вы можете имитировать самые разные виды живописи (масло, акварель и т. п.) и стили любых художников.
Фильтры и спецэффекты представляют собой небольшие программы, выполняющие заранее установленную последовательность команд. Они автоматически вычисляют значения и характеристики каждого пиксела изображения и затем модифицируют их в соответствии с новыми значениями. Например, при применении к изображению фильтра Размывка движением (MotionBlur) идет анализ значений всех входящих в изображение пикселов и сдвиг этих значений в определенном направлении для создания иллюзии движения.
Большинство современных графических программ поддерживает возможность применения фильтров, разработанных третьими фирмами под стандарт AdobePhotoshop. Например, СогеlРНОТО-PAINTтакже поддерживает подключаемые модули других фирм и содержит в своем составе фильтры, разработанные для АdоbеPhotoshор. Эти модули называются подключаемыми (Plug-ins). Их использование расширяет функциональные возможности программы.
Имея под «рукой» подключаемые фильтры, вы можете творить чудеса, диапазон которых ограничен только вашей фантазией и ресурсами используемой вами системы. Для иллюстрации возможностей подключаемых фильтров мы коснемся в этом разделе четырех эффектов, часто применяемых для обработки изображений:
• размывание;
Рис. 3.56. Применеие фильтров
• увеличение резкости;
• тиснение;
• акварельный эффект.
Процесс размывания сводится к перераспределению цветов изображения и смягчению резких границ. При увеличениирезкости, наоборот, подчеркиваются различия между цветами смежных пикселов и выделяются незаметные детали.Тиснение преобразует изображение так, что фигуры внутри изображения смотрятся, будто выдавленные на металлической поверхности, как профиль Ленина на лицевой стороне юбилейных рублей.Акварельный эффект превращает фотографическое изображение в картинку, как будто бы написанную акварелью.
С алгоритмической точки зрения получение специальных эффектов не представляет особого труда. Секрет каждого из них кроется в крошечной матрице чисел, которую называют ядром свертки. Матрица размером З х З содержит три строки по три числа в каждой. Для преобразования каждого пиксела изображения необходимо выполнить следующие действия:
• Шаг 1. Значение цвета пиксела умножается на число в центре ядра (а22).
• Шаг 2. На следующем шаге выполняется умножение восьми значений цветов пикселов, окружающих центральный пиксел, на соответствующие им коэффициенты ядра с последующим суммированием всех девяти значений. В результате получается новое значение цвета преобразуемого пиксела.
• Шаг З. для каждого пиксела изображения повторяется процесс, включающий выполнение шагов 1 и 2. данную процедуру принято называть фильтрацией изображения.
Коэффициенты ядра свертки определяют результат процесса фильтрации. Их формирование зависит от типа эффекта. Например, ядро размывания состоит из совокупности коэффициентов, каждый из которых меньше 1, а их сумма составляет 1. Это означает, что каждый пиксел поглощает что-то из цветов соседей, но полная яркость изображения остается неизменной (если сумма коэффициентов больше 1, яркость увеличится; если меньше 1, яркость уменьшится). Вядре резкости центральный коэффициент больше 1, а окружающие его значения являются отрицательными числами, сумма которых на единицу меньше центрального коэффициента. Таким образом достигается увеличение существующего контраста между цветом пиксела и цветами его соседей. Это звучит немного мистически, но цифровое изображение, в конце концов, всего лишь связка чисел. Изменяя эти числа правильным способом, можно прийти к удивительным и, возможно, очень полезным спецэффектам.
Пример. Алгоритм работы фильтра Размывание
1. При подготовке к размыванию цифровое изображение считывается в память компьютера в виде красного, зеленого и синего компонентов цвета каждого пиксела.
2. Ядро размывания размером З х З применяется к красному, зеленому и синему компонентам цвета каждого пиксела изображения. Значение цвета пиксела (который, собственно, находится в центре ядра) вычисляется умножением соответствующего весового коэффициента на соответствующее ему значение цвета в изображении с последующим суммированием результатов. Итоговое изображение получается размытым по сравнению с оригиналом, потому что цвет каждого пиксела выровнялся (усреднился) благодаря влиянию соседей.
3. Степень размывания можно увеличить одним из трех способов:
• использованием большего размера ядра для распределения цвета среди большего числа соседей (в окне диалога этого фильтра значение размера ядра задается установкой параметра Радиус (Radius) в пикселах);
• подбором коэффициентов ядра и уменьшением влияния центрального коэффициента,
• повторной фильтрацией изображения с тем же ядром размывания.
Пример. Алгоритм работы фильтра Тиснение
В изображении, к которому применен эффект Тиснение, контуры кажутся выдавленными над поверхностью. Тиснение осуществляется почти так же, как размывание и увеличение резкости. Процесс производится над обычным цветным изображением.
1. Каждый пиксел в изображении обрабатывается ядром тиснения размером З х 3. В отличие от ядер размывания и резкости, в которых сумма коэффициентов равна 1, сумма весов в ядре тиснения равна 0. Это означает, что «фоновым» пикселам (пикселам, которые не находятся на границах перехода от одного цвета к другому) присваиваются нулевые значения, а не фоновым пикселам — значения, отличные от нуля.
2. После того как значение пиксела обработано ядром тиснения, к нему прибавляется значение 128. В результате фоновые пикселы окрасятся в средний серый цвет: красный — 128, зеленый— 128, синий— 128. Суммы, превышающие255, можно округлить до255 или взять остаток по модулю 255, чтобы значение оказалось между 0 и255.
3. Направление подсветки изображения можно изменять, меняя позиции 1 и — 1 в ядре. Если, например, поменять местами значения 1 и — 1, то направление подсветки инвертируется.
Слои
Слои — один из основных инструментов растровой графики. Что же такое слои? Представьте себе, что у вас на столе несколько кусков оконного стекла (прозрачных полиэтиленовых пленок, бумажных калек), наложенных друг на друга. На каждом стекле вы что-то нарисовали специальным фломастером и теперь смотрите на все это сверху. Считайте, что стекла— это и есть слои.
Слой (layer)— дополнительный уровень (холст) для рисования, метафора прозрачной кальки. Каждый слой сохраняет (повторяет) все параметры основного изображения (размеры, разрешение, цветовую модель, число каналов). Соответственно пропорционально количеству используемых слоев возрастает размер изображения. Так, добавление к фоновому слою нового слоя увеличивает размер файла изображения в два раза, двух слоев— в три раза и т. д.
Слой можно сделать невидимым, то есть вытащить стекло из стопки и убрать. Слои можно поменять местами, и тогда рисунки будут перекрывать друг друга иначе. Можно рисовать только на одном слое, совершенно не затрагивал другие.
Естественно, что если вы закрасите какой-то слой сплошным рисунком без дырок (или плотным сплошным цветом), то не увидите, что нарисовано на нижних слоях. Правда, компьютерная живопись позволяет сделать слой полупрозрачным. Если рисунки состоят в основном из линий и не закрашенных областей, то у вас будет просвечивать стол (фон), на котором лежат ваши стекла (или скатерть на этом столе).